基于XML的万维网地理信息系统的研究
摘要
随着WebGIS广泛的应用，不可避免地出现地理信息孤岛，特别是在实施数字地球战略计划中，这一问题越来越突出。因此，实现异构地理信息系统之间的数据共享、分布、互操作以及标准化的任务成为新的挑战，它需要寻求新的技术来解决WebGIS开放性的思路，克服传统互联网上固有的障碍。XML技术被称为是互联网领域的一次革新，它将创造性地发展WebGIS。
论文是在作者近两年来的理论学习和实践应用的基础上形成的，其主要内容有以下几个方面：
首先讨论了XML的基础知识，包括Web语言的发展，XML的特点和主要应用。其次在对WebGIS体系特点、发展现状进行深入分析的基础上，剖析了目前WebGIS开发面临的网上数据发布、数据互操作、数据挖掘和数据管理等方面的问题，提出了地理信息孤岛数据模型，以及指出WebGIS要想有长足的发展则必须走开放的道路，符合Open GIS规程。
论文对基于XML的WebGIS进行了深入地研究。伴随XML发展起来的地理空间模型标记语言GML，为空间数据表达奠定了基础。在此基础上，本研究实现了XML描述复杂的空间数据结构；实现了利用XML的应用标准资源描述框架(RDF)表达地理空间元数据；提出了利用基于XML的万维网接口定义语言(WIDL)技术，实现异构WebGIS系统之间互操作模型的构建；创造性地构建了基于GML的WebGIS应用系统的层体系结构模型，实现了WebGIS应用系统比较完善的建设方案，对客户端和服务器端的关键技术进行了深入的研究，通过实例展示了WebGIS应用系统中浏览器图形的显示，对服务器端应用层给出了使用移动代理模型，使得WebGIS应用系统具有扩展性、开放性。
With the wider and wider application of GIS (Geographical Information System), isolated GIS islands come into being inevitably. These situations become worse in the process of implementing global strategic plan of Digital Earth. It is a new challenge for WebGIS to deal with geospatial data sharing, distribution, interoperation and standardization. It is perfectly essential for WebGIS to explore a kind of new technology, which can resolve the opening problem of WebGIS, and also can overcome the implicit limitation of Internet. XML is initialed a revolution in WWW field. It will remodel WebGIS in a creative way.
After over two year's theoretical research and practical application, I got such achievement as below:
Discuss XML basic knowledge, including the development of Web language, characteristic and mostly application of XML. The technical characteristics of WebGIS and its developing status are analyzed in the dissertation. On the basis, it points out the new challenges WebGIS is facing of on data issuance on internet, data interoperation, data mining and data management and so on. It proposes a model of isolated GIS islands. It also indicates that WebGIS must track the opening way, measuring up Open GIS regulations.
In the dissertation, WebGIS based on XML is deeply studied. It indicates that it is fully possible for XML to describe complicated geospatial data structure. Geospatial model language (GML) based on XML is the foundation of geospatial data expression; It proposes a novel idea about how to express geospatial metadata with RDF; an application standard of XML WIDL technical makes it possible to interoperate among different WebGIS systems. The dissertation constructs a system structure model of WebGIS application based on GML, It presents a rounded and constructive "layer" scheme of WebGIS application system, emphasize studied primary technology in the clients and Servers; It sets out instances, to show the constructive process and technical method about graphics display on browser of WebGIS application. It makes the application system extensibility and exoteric with middle Mobile Agent,
论文是在作者近两年来的理论学习和实践应用的基础上形成的，其主要内容有以下几个方面：
首先讨论了XML的基础知识，包括Web语言的发展，XML的特点和主要应用。其次在对WebGIS体系特点、发展现状进行深入分析的基础上，剖析了目前WebGIS开发面临的网上数据发布、数据互操作、数据挖掘和数据管理等方面的问题，提出了地理信息孤岛数据模型，以及指出WebGIS要想有长足的发展则必须走开放的道路，符合Open GIS规程。
论文对基于XML的WebGIS进行了深入地研究。伴随XML发展起来的地理空间模型标记语言GML，为空间数据表达奠定了基础。在此基础上，本研究实现了XML描述复杂的空间数据结构；实现了利用XML的应用标准资源描述框架(RDF)表达地理空间元数据；提出了利用基于XML的万维网接口定义语言(WIDL)技术，实现异构WebGIS系统之间互操作模型的构建；创造性地构建了基于GML的WebGIS应用系统的层体系结构模型，实现了WebGIS应用系统比较完善的建设方案，对客户端和服务器端的关键技术进行了深入的研究，通过实例展示了WebGIS应用系统中浏览器图形的显示，对服务器端应用层给出了使用移动代理模型，使得WebGIS应用系统具有扩展性、开放性。
With the wider and wider application of GIS (Geographical Information System), isolated GIS islands come into being inevitably. These situations become worse in the process of implementing global strategic plan of Digital Earth. It is a new challenge for WebGIS to deal with geospatial data sharing, distribution, interoperation and standardization. It is perfectly essential for WebGIS to explore a kind of new technology, which can resolve the opening problem of WebGIS, and also can overcome the implicit limitation of Internet. XML is initialed a revolution in WWW field. It will remodel WebGIS in a creative way.
After over two year's theoretical research and practical application, I got such achievement as below:
Discuss XML basic knowledge, including the development of Web language, characteristic and mostly application of XML. The technical characteristics of WebGIS and its developing status are analyzed in the dissertation. On the basis, it points out the new challenges WebGIS is facing of on data issuance on internet, data interoperation, data mining and data management and so on. It proposes a model of isolated GIS islands. It also indicates that WebGIS must track the opening way, measuring up Open GIS regulations.
In the dissertation, WebGIS based on XML is deeply studied. It indicates that it is fully possible for XML to describe complicated geospatial data structure. Geospatial model language (GML) based on XML is the foundation of geospatial data expression; It proposes a novel idea about how to express geospatial metadata with RDF; an application standard of XML WIDL technical makes it possible to interoperate among different WebGIS systems. The dissertation constructs a system structure model of WebGIS application based on GML, It presents a rounded and constructive "layer" scheme of WebGIS application system, emphasize studied primary technology in the clients and Servers; It sets out instances, to show the constructive process and technical method about graphics display on browser of WebGIS application. It makes the application system extensibility and exoteric with middle Mobile Agent,
引文
[1]吴信才。地理信息系统原理与方法。北京：电子工业出版社．2002，3
[2]张超。地理信息系统实习教程。北京：高等教育出版社，2000，8
[3]修文群。地理信息系统GIS数字化城市建设指南。北京：北京希望电子出版社2001，9
[4]Didier Martin等著，李喆等译。XML高级编程。北京：机械工业出版社，2001，1
[5]黄杏元等．XML—WebGIS发展解决之道，http: www.digitalearth.net.cn/GISConference
[6]宋关福、钟耳顺等，WebGIS--基于Internet的地理信息系统，图像图形学报 1998．3
[7]http://www.gischina.com/maindoc/simchin/gisforum/thesis/thesis020203.htm
[8]孔云峰，林晖，基于万维网的地理信息系统集成研究，遥感学报，1998年第2期。
[9]董向晖，构建XML应用，计算机世界产品与技术版，2000年3月22日
[10]夏帮贵，等编著，XML网页制作实用教程，北京．清华大学出版社，2002．12
[11]赵霈生，杨崇俊．Web—GIS的设计与实观，中国图象图形学报．2000．5。
[12]Aaron Skonnard等著，牛韬等译XML精要快速参考手册。北京：人民邮电出版社，2002．10。
[13]RDF Model and Syntax Specification。http://www.w3.org/TR/REC-rdf-svntax/。
[14]赵永平、承继成，地理空间元数据标准研究，信息技术标准化。
[15]罗英伟．丛升目．汪小林．等．WebGIS的构件设计．中国图形图象学报，1999，4(增刊)
[16]中国计算机学会编，英汉计算机词典(第二版)．北京清华大学出版社，1997。
[17]黄伟红，张福炎 基于XML／RDF的MARC元数据描述技术．情报学报，2000．8
[18]http://wwv- 900. ibm.com/developerWorks/cn/xml/theme/x-svg. shtml
[19]http://www.intergraph. com/geomedia。
[20]ESRI. ESRI Open Strategy——White Papers on SDE/CAD Client & Spatial Data Warehousing. HTTP://www.esri/com/base/company/opengis, 1998.。
[21]SMALLWORLD. GIS ohne Grenzen Die Open Server-Strategic - Freie Bahn falle Daten. GEObit'98. 1998。
[22]http://www. w3.org/TR/NOTE-widl-970922#Introduction.
[23]陈俊华，宋关福等，基于RDBMS的空间数据库的设计与实现，2001’中国GIS年会论文集，成郜，2001、3
[24]赵霈生、赵鲁、等等．GIS与WebGIS概述。中国科学院遥感应用研究所。
[25]Aridor Y Oshima M. Infrastructure for Mobile Agent: Requirements and Design. Mobile Agent-Second International workshop, Lectures Notes in Computer Science, 1998,14
[26]陈常松．何建邦．面向数据共享的GIS语义数据模型，中国图象图形学报，1998，4
[27]http://www.esrichina-bj.cn/support/esri/course/overviewl of 3. htm
[28]ELynn Usery, A Feature-Based Geographic Information System Model[J], Photogrametric Engineer &Remote Sensing,1996, 62 (7): 833～838。
[29]马琳，CORBA／ⅡOP与XML结合的设想，计算机应用研究，2000第9期。
[30]李琦、陈爱军等，WebGIS中地理空间Metadata管理系统研究与设计，中国图象图形学报，2000年第10期。
[31]汪芸。开发分布式处理的新发展—CORBA规范。计算机科学．1997，3
[32]朱军、华庆一等，一个基于CORBA的图形用户界面体系结构及设计，计算机学报，1999，1
[33]http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/xml/theme/x-svg.shtml
[34]罗忠文、吕维先，WebGIS及其实现技术探讨，中国地理信息系统协会1999年论文集。
[35]严蔚敏，吴伟民。数据结构。北京：清华大学出版社，1994、12
[36]萨师煊，王珊。数据库系统概论。北京：高等教育出版社，1998，7
[37]Satzinger，J．W．等著，朱群雄等译。系统分析与设计。北京：机械工业出版社，2002、8
[2]张超。地理信息系统实习教程。北京：高等教育出版社，2000，8
[3]修文群。地理信息系统GIS数字化城市建设指南。北京：北京希望电子出版社2001，9
[4]Didier Martin等著，李喆等译。XML高级编程。北京：机械工业出版社，2001，1
[5]黄杏元等．XML—WebGIS发展解决之道，http: www.digitalearth.net.cn/GISConference
[6]宋关福、钟耳顺等，WebGIS--基于Internet的地理信息系统，图像图形学报 1998．3
[7]http://www.gischina.com/maindoc/simchin/gisforum/thesis/thesis020203.htm
[8]孔云峰，林晖，基于万维网的地理信息系统集成研究，遥感学报，1998年第2期。
[9]董向晖，构建XML应用，计算机世界产品与技术版，2000年3月22日
[10]夏帮贵，等编著，XML网页制作实用教程，北京．清华大学出版社，2002．12
[11]赵霈生，杨崇俊．Web—GIS的设计与实观，中国图象图形学报．2000．5。
[12]Aaron Skonnard等著，牛韬等译XML精要快速参考手册。北京：人民邮电出版社，2002．10。
[13]RDF Model and Syntax Specification。http://www.w3.org/TR/REC-rdf-svntax/。
[14]赵永平、承继成，地理空间元数据标准研究，信息技术标准化。
[15]罗英伟．丛升目．汪小林．等．WebGIS的构件设计．中国图形图象学报，1999，4(增刊)
[16]中国计算机学会编，英汉计算机词典(第二版)．北京清华大学出版社，1997。
[17]黄伟红，张福炎 基于XML／RDF的MARC元数据描述技术．情报学报，2000．8
[18]http://wwv- 900. ibm.com/developerWorks/cn/xml/theme/x-svg. shtml
[19]http://www.intergraph. com/geomedia。
[20]ESRI. ESRI Open Strategy——White Papers on SDE/CAD Client & Spatial Data Warehousing. HTTP://www.esri/com/base/company/opengis, 1998.。
[21]SMALLWORLD. GIS ohne Grenzen Die Open Server-Strategic - Freie Bahn falle Daten. GEObit'98. 1998。
[22]http://www. w3.org/TR/NOTE-widl-970922#Introduction.
[23]陈俊华，宋关福等，基于RDBMS的空间数据库的设计与实现，2001’中国GIS年会论文集，成郜，2001、3
[24]赵霈生、赵鲁、等等．GIS与WebGIS概述。中国科学院遥感应用研究所。
[25]Aridor Y Oshima M. Infrastructure for Mobile Agent: Requirements and Design. Mobile Agent-Second International workshop, Lectures Notes in Computer Science, 1998,14
[26]陈常松．何建邦．面向数据共享的GIS语义数据模型，中国图象图形学报，1998，4
[27]http://www.esrichina-bj.cn/support/esri/course/overviewl of 3. htm
[28]ELynn Usery, A Feature-Based Geographic Information System Model[J], Photogrametric Engineer &Remote Sensing,1996, 62 (7): 833～838。
[29]马琳，CORBA／ⅡOP与XML结合的设想，计算机应用研究，2000第9期。
[30]李琦、陈爱军等，WebGIS中地理空间Metadata管理系统研究与设计，中国图象图形学报，2000年第10期。
[31]汪芸。开发分布式处理的新发展—CORBA规范。计算机科学．1997，3
[32]朱军、华庆一等，一个基于CORBA的图形用户界面体系结构及设计，计算机学报，1999，1
[33]http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/xml/theme/x-svg.shtml
[34]罗忠文、吕维先，WebGIS及其实现技术探讨，中国地理信息系统协会1999年论文集。
[35]严蔚敏，吴伟民。数据结构。北京：清华大学出版社，1994、12
[36]萨师煊，王珊。数据库系统概论。北京：高等教育出版社，1998，7
[37]Satzinger，J．W．等著，朱群雄等译。系统分析与设计。北京：机械工业出版社，2002、8